JP2008028811A - Analog front-end device and imaging device - Google Patents
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Abstract
【課題】露光制御期間が1水平期間未満の高速電子シャッター動作させるモードにおいて、制御パルスが有効データ出力期間に同時動作として進行し、制御パルス出力動作による不連続ノイズ成分が各部に悪影響を与える結果、画像に固定パターンノイズ(FPN)が出現する。
【解決手段】固体撮像センサ20からの画像信号をデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部3と、固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生し、固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータ2と、出力停止位置信号が有効のときは前処理部3から不連続な状態で入力されてくる画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部10と、連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置30に転送出力するデジタルデータ出力部7を備える。
【選択図】図1In a mode in which a high-speed electronic shutter operation is performed with an exposure control period of less than one horizontal period, a control pulse proceeds as a simultaneous operation during an effective data output period, and discontinuous noise components due to the control pulse output operation adversely affect each part , Fixed pattern noise (FPN) appears in the image.
A pre-processing unit 3 including processing for converting an image signal from a solid-state image sensor 20 into digital image data, and a drive pulse for driving the solid-state image sensor continuously and discontinuously are generated periodically. A timing generator 2 that generates and outputs an output stop position signal indicating an output stop position when the image sensor is driven discontinuously, and is input from the preprocessing unit 3 in a discontinuous state when the output stop position signal is valid. A continuous data generation unit 10 that converts the incoming image data to generate continuous image data, and a digital data output unit 7 that receives the image data generated by the continuous data generation unit and forwards it to the external digital signal processing device 30 Is provided.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、デジタルカメラにおいて、固体撮像センサとデジタル信号処理装置との間に介在されるアナログフロントエンド装置にかかわり、特には画像データ転送中のデジタルノイズの影響を抑制する技術に関する。 The present invention relates to an analog front-end device interposed between a solid-state imaging sensor and a digital signal processing device in a digital camera, and more particularly to a technique for suppressing the influence of digital noise during image data transfer.
近年、カメラ業界において、アナログ技術からデジタル技術への移行には目覚ましいものがある。特にフィルムも現像も不要なデジタルスチルカメラは活況を呈している。携帯電話もカメラ搭載型が主流を占めるようになり、高画素化とともに画像処理による画質の向上には著しいものがある。 In recent years, there has been a remarkable shift from analog technology to digital technology in the camera industry. In particular, digital still cameras that do not require film or development are booming. As for mobile phones, camera-mounted types have become the mainstream, and there are significant improvements in image quality due to image processing along with the increase in the number of pixels.
図5は、従来のアナログフロントエンド装置の構成を示すブロック図である。20はMOS型のイメージセンサである固体撮像センサ、30は画像処理などを行うデジタル信号処理装置(DSP)、A′はアナログフロントエンド装置、1は周期的な同期信号を発生する同期信号発生部、2は固体撮像センサ20を駆動するためのパルスを発生するタイミングジェネレータ、3は前処理部、4はCDS(相関二重サンプリング)部、5はGCA(ゲインコントロールアンプ)部、6はA/D変換部、7はデジタルデータ出力部、8はCPUインターフェース、9は外部からの入力クロックを逓倍して出力するクロック逓倍部である。
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a conventional analog front-end device. 20 is a solid-state image sensor that is a MOS type image sensor, 30 is a digital signal processing device (DSP) that performs image processing, A ′ is an analog front-end device, and 1 is a synchronization signal generating unit that generates a periodic synchronization signal. 2 is a timing generator that generates a pulse for driving the solid-
従来のアナログフロントエンド装置A′においては、撮像光が図示しないレンズを介して固体撮像センサ20に入射されると、フォトダイオードなどにより電気信号に変換され、タイミングジェネレータ2からの垂直および水平の駆動パルスによ、りアナログ連続信号である画像信号が生成出力される。出力された画像信号は、CDS部4のサンプルホールド回路によって1/fノイズが適切に低減された後、GCA部5でゲインコントロールされ、A/D変換部6によってデジタルの画像信号データ(RGBデータ)に変換される。変換された画像信号データはデジタルデータ出力部7からパラレルデータ形式またはパラレルからシリアルに変換されたシリアルデータ形式で外部のデジタル信号処理装置20に出力され、輝度信号処理、色分離、カラーマトリクス処理などの各種の処理が施される。
In the conventional analog front-end device A ′, when imaging light is incident on the solid-
固体撮像センサ20における電子シャッター機構が全画素同時読み出し方式でなく逐次読み出しタイプのローリングシャッター方式の場合、電子シャッター駆動制御パルスをラインごとに出力する。
When the electronic shutter mechanism in the solid-
ハイライトな環境下で電子シャッターを高速に動作させるに際して、露光制御期間が1水平期間未満である場合は、図6に示すように、有効データ期間内でタイミングジェネレータ2から制御パルスを出力し、固体撮像センサ20に入力する。固体撮像センサ20はタイミングジェネレータ2からの制御パルスにより駆動され、有効データ出力期間と同時進行でCDS、GCA、A/D変換を行い、その結果のセンサ出力データをデジタルデータ出力部7より出力する。このとき、有効データ期間内で制御パルス出力による動作ノイズは、固体撮像センサ10、アナログフロントエンド装置A′ともに有効期間中に発生している。
上記従来のアナログフロントエンド装置では、露光制御期間が1水平期間未満で高速電子シャッター動作させるモードにおいて、有効データ期間内の任意の位置で出力される制御パルス出力動作が有効データ出力期間に同時動作として進行するため、制御パルス動作による不連続ノイズ成分が各部(固体撮像センサの内部、固体撮像センサとアナログフロントエンド装置との接続部、アナログフロントエンド装置のタイミングジェネレータ、CDS部、GCA部、A/D変換部)に悪影響を与える結果、画像に固定パターンノイズ(FPN(Fixed Pattern Noise))が出現する(図6の画像データP0の「5」「10」「15」「20」参照)。 In the above conventional analog front-end device, in the mode in which the exposure control period is less than one horizontal period and the high-speed electronic shutter operation is performed, the control pulse output operation output at an arbitrary position within the effective data period is simultaneously performed during the effective data output period. Therefore, the discontinuous noise component due to the control pulse operation is generated in each part (inside the solid-state image sensor, connection part between the solid-state image sensor and the analog front-end device, timing generator of the analog front-end device, CDS unit, GCA unit, A As a result of adversely affecting the / D converter, fixed pattern noise (FPN (Fixed Pattern Noise)) appears in the image (see “5”, “10”, “15”, and “20” of the image data P0 in FIG. 6).
本発明は、このような事情に鑑みて創作したものであり、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータを出力できるアナログフロントエンド装置を提供することを目的としている。 The present invention was created in view of such circumstances, and an object thereof is to provide an analog front-end device that can output high-quality sensor data without fixed pattern noise.
本発明によるアナログフロントエンド装置は、
被写体の光像を光電変換する固体撮像センサから出力されるアナログの画像信号を入力してデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部と、
前記固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生するとともに、前記駆動パルスに同期して前記固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータと、
前記前処理部からの前記画像データを入力して、前記タイミングジェネレータからの前記出力停止位置信号が無効のときは前記画像データをスルーさせ、前記出力停止位置信号が有効のときは不連続な状態で入力されてくる前記画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部と、
前記連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置に転送出力するデジタルデータ出力部とを備えたものである。
The analog front-end device according to the present invention is
A pre-processing unit including a process of inputting an analog image signal output from a solid-state imaging sensor that photoelectrically converts a light image of a subject and converting it into digital image data;
An output stop position signal that periodically generates drive pulses for driving the solid-state image sensor continuously and discontinuously and indicates an output stop position when the solid-state image sensor is driven discontinuously in synchronization with the drive pulses A timing generator that generates and outputs
When the image data from the pre-processing unit is input, the image data is passed through when the output stop position signal from the timing generator is invalid, and is discontinuous when the output stop position signal is valid A continuous data generation unit that converts the image data input in step S to generate continuous image data;
A digital data output unit that receives the image data generated by the continuous data generation unit, and transfers and outputs the image data to an external digital signal processing device.
この構成において、通常動作時には、固体撮像センサから得られる画像信号は連続的な信号であり、前処理部からの画像データも連続的なものとなる。そして、タイミングジェネレータの出力停止位置信号は無効であって、連続データ生成部では前処理部からの連続的な画像データをスルーさせてデジタルデータ出力部よりデジタル信号処理装置へデータ転送する。 In this configuration, during normal operation, the image signal obtained from the solid-state imaging sensor is a continuous signal, and the image data from the preprocessing unit is also continuous. The output stop position signal of the timing generator is invalid, and the continuous data generation unit passes through the continuous image data from the preprocessing unit and transfers the data from the digital data output unit to the digital signal processing device.
一方、電子シャッターを1水平期間未満で動作させる高速電子シャッター動作時には、固体撮像センサから得られる画像信号は不連続的な信号であり、前処理部からの画像データも不連続的なものとなる。そして、タイミングジェネレータの出力停止位置信号は有効となり、連続データ生成部では前処理部からの不連続な画像データを出力停止位置信号を用いて連続的な画像データに変換し、デジタルデータ出力部よりデジタル信号処理装置へデータ転送する。 On the other hand, during the high-speed electronic shutter operation in which the electronic shutter is operated in less than one horizontal period, the image signal obtained from the solid-state imaging sensor is a discontinuous signal, and the image data from the preprocessing unit is also discontinuous. . Then, the output stop position signal of the timing generator becomes valid, and the continuous data generation unit converts the discontinuous image data from the preprocessing unit into continuous image data using the output stop position signal, and from the digital data output unit Data is transferred to the digital signal processor.
すなわち、高速電子シャッター動作時には、有効期間での制御パルス出力動作ゆえに発生する不連続ノイズ成分が発生するタイミングにおいて、固体撮像センサの出力を一時的に停止して不連続出力とする。そして、連続データ生成部によって不連続な画像データを連続的な画像データに変換して出力する。その結果、各部(固体撮像センサの内部、固体撮像センサとアナログフロントエンド装置との接続部、アナログフロントエンド装置のタイミングジェネレータ、前処理部)に対する不連続ノイズ成分に起因する画像への固定パターンノイズが抑制され、高品質なセンサデータが得られることになる。 That is, during the high-speed electronic shutter operation, the output of the solid-state imaging sensor is temporarily stopped to be a discontinuous output at the timing when the discontinuous noise component generated due to the control pulse output operation in the effective period is generated. Then, the continuous data generation unit converts the discontinuous image data into continuous image data and outputs it. As a result, fixed pattern noise on the image due to discontinuous noise components for each part (inside of solid-state image sensor, connection part of solid-state image sensor and analog front-end device, timing generator of analog front-end device, pre-processing unit) Is suppressed, and high-quality sensor data can be obtained.
上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記タイミングジェネレータは、前記固体撮像センサの露光制御期間として1水平期間未満を設定する際に、水平方向の画素信号読み出しパルスを一時的に停止し、停止期間において前記固体撮像センサの蓄積電荷量を制御するパルスを出力したのち、水平方向の画素信号読み出しパルスを再開するという態様がある。 In the analog front-end device having the above-described configuration, the timing generator temporarily stops the horizontal pixel signal readout pulse when the exposure control period of the solid-state imaging sensor is set to less than one horizontal period. There is a mode in which a pulse for controlling the accumulated charge amount of the solid-state image sensor is output, and then a pixel signal readout pulse in the horizontal direction is restarted.
この構成によれば、高速電子シャッター時における不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングの管理をアナログフロントエンド装置側で行える。 According to this configuration, it is possible to manage the pulse timing for suppressing the discontinuous noise component at the time of the high-speed electronic shutter on the analog front end device side.
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記連続データ生成部は、1水平期間内に画像データの出力を停止する回数と1回の停止期間のクロック数を掛け合わせた時間を処理にかかる最小の群遅延とし、1回の停止期間分のクロック遅延器を前記停止回数分接続し、1水平期間の先頭から順番に停止位置にて1停止期間遅延前の画像データを選択することにより前記連続的な画像データを生成するという態様がある。 In the analog front-end device having the above-described configuration, the continuous data generation unit can minimize the time required for processing by multiplying the number of times image data output is stopped within one horizontal period by the number of clocks in one stop period. By connecting the clock delay devices for one stop period as many times as the number of stops, selecting the image data before the one stop period delay at the stop position in order from the beginning of one horizontal period. There is a mode of generating simple image data.
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部を制御することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。 According to this configuration, the pulse timing and the discontinuous period for suppressing the discontinuous noise component are managed on the analog front-end device side, and then the continuous data generation unit is controlled so that there is no fixed pattern noise. Quality sensor data can be obtained.
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記連続データ生成部は、有効データの1水平期間分以上の記録容量をもつメモリを搭載し、前記メモリに対して1水平期間の先頭から順番に前記画像データを書き込む際に、前記固体撮像センサの出力停止位置での無効データ部分を破棄した上で書き込み、かつ前記メモリからの前記画像データの読み出しは連続的に行って前記連続的な画像データを出力するという態様がある。 In the analog front-end device having the above-described configuration, the continuous data generation unit includes a memory having a recording capacity of one horizontal period or more of valid data, and the image is sequentially stored in the memory from the head of one horizontal period. When writing data, the invalid data portion at the output stop position of the solid-state imaging sensor is discarded and written, and the image data is read continuously from the memory to output the continuous image data There is a mode of doing.
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部のメモリ書き込みと読み出しを制御することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。 According to this configuration, the pulse timing for suppressing the discontinuous noise component and the discontinuous period are managed on the analog front end device side, and then the memory writing and reading of the continuous data generation unit are controlled, thereby fixing High-quality sensor data without pattern noise can be obtained.
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記連続データ生成部は、有効データの1水平期間分以上の記録容量をもつメモリを搭載し、前記メモリに対して1水平期間の先頭から順番に前記画像データを書き込む際に、前記固体撮像センサの出力停止位置での無効データを含める状態で書き込み、かつ前記メモリからの前記画像データの読み出しは前記無効データ部分をスキップして前記連続的な画像データを出力するという態様がある。 In the analog front-end device having the above-described configuration, the continuous data generation unit includes a memory having a recording capacity of one horizontal period or more of valid data, and the image is sequentially stored in the memory from the head of one horizontal period. When writing data, write in a state including invalid data at the output stop position of the solid-state imaging sensor, and reading the image data from the memory skips the invalid data portion and reads the continuous image data. There is a mode of outputting.
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部のメモリ書き込みと読み出しを制御することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。 According to this configuration, the pulse timing for suppressing the discontinuous noise component and the discontinuous period are managed on the analog front end device side, and then the memory writing and reading of the continuous data generation unit are controlled, thereby fixing High-quality sensor data without pattern noise can be obtained.
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記デジタルデータ出力部は、水平ブランキング期間において、画素クロックのn逓倍(nは2以上の自然数)の読み出しタイミングで、前記メモリから前記連続的な画像データをパラレルデータ形式またはシリアルデータ形式で読み出すという態様がある。 In the analog front-end device having the above configuration, the digital data output unit may output the continuous image data from the memory at a readout timing of n times a pixel clock (n is a natural number of 2 or more) in a horizontal blanking period. Is read out in parallel data format or serial data format.
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理した上で、連続データ生成部のメモリ書き込みと読み出しを制御して水平ブランキング期間で出力することにより、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。 According to this configuration, the horizontal timing is controlled by controlling the memory writing and reading of the continuous data generation unit after managing the pulse timing and the discontinuous period for suppressing the discontinuous noise component on the analog front end device side. By outputting in a period, high-quality sensor data without fixed pattern noise can be obtained.
また上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記タイミングジェネレータは、前記出力停止位置信号をタイミングフラグ信号として出力するという態様がある。あるいは、前記タイミングジェネレータは、前記出力停止位置信号を、1水平期間中に動作するカウンタ値を用いたアドレス信号として出力するという態様もある。 In the analog front-end device having the above-described configuration, the timing generator outputs the output stop position signal as a timing flag signal. Alternatively, the timing generator may output the output stop position signal as an address signal using a counter value that operates during one horizontal period.
さらに、上記構成のアナログフロントエンド装置において、前記タイミングジェネレータおよび前記連続データ生成部は、独立に前記固体撮像センサの出力停止位置を設定するレジスタを備えているという態様がある。 Furthermore, in the analog front-end device having the above-described configuration, there is an aspect in which the timing generator and the continuous data generation unit include a register that independently sets an output stop position of the solid-state imaging sensor.
この構成によれば、不連続ノイズ成分を抑制するためのパルスのタイミングと不連続期間をアナログフロントエンド装置側で管理することにより、電子シャッターモードの切り替え時の設定変更のみで対応可能となり、外部のデジタル信号処理装置では通常連続読み出しと同じインターフェースでよいことになる。 According to this configuration, by managing the pulse timing and the discontinuous period for suppressing the discontinuous noise component on the analog front end device side, it becomes possible to cope with only the setting change at the time of switching the electronic shutter mode. In the digital signal processing apparatus, the same interface as that for continuous reading is usually sufficient.
また、本発明による撮像装置は、上記のいずれかのアナログフロントエンド装置と、前記固体撮像センサと、前記デジタル信号処理装置と、レンズおよびモニタとを備えたものである。 An imaging apparatus according to the present invention includes any one of the analog front-end devices described above, the solid-state imaging sensor, the digital signal processing device, a lens, and a monitor.
本発明によれば、高速電子シャッター動作時には、有効期間での制御パルス出力動作ゆえに発生する不連続ノイズ成分が発生するタイミングにおいて、固体撮像センサの出力を一時的に停止して不連続出力とし、連続データ生成部によって不連続な画像データを連続的な画像データに変換して出力するので、各部に対する不連続ノイズ成分に起因する画像への固定パターンノイズを抑制し、高品質なセンサデータを得ることができる。 According to the present invention, during the high-speed electronic shutter operation, at the timing when the discontinuous noise component generated due to the control pulse output operation in the effective period occurs, the output of the solid-state imaging sensor is temporarily stopped to be a discontinuous output, Discontinuous image data is converted into continuous image data and output by the continuous data generation unit, so that fixed pattern noise in the image due to discontinuous noise components for each unit is suppressed, and high-quality sensor data is obtained. be able to.
以下、本発明にかかわるアナログフロントエンド装置の実施の形態について図面に基づいて詳細に説明する。 Embodiments of an analog front end device according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
図1は本発明の実施の形態のアナログフロントエンド装置の構成を示すブロック図である。図1において、Aはアナログフロントエンド装置、20はMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のイメージセンサである固体撮像センサ、30は画像処理などを行うデジタル信号処理装置(DSP)である。1は周期的な同期信号を発生する同期信号発生部(SSG:Synchronous Signal Generator)、2は固体撮像センサ20を駆動するパルスを周期的に発生するタイミングジェネレータ、3は固体撮像センサ20から出力されるアナログの画像信号を入力してデジタルの画像データに変換する処理を含む前処理部である。前処理部3は、固体撮像センサ20から入力したアナログ電荷信号からノイズを除去するCDS(相関二重サンプリング)部4と、信号のゲインを制御するとともにフィードバック制御により直流成分を制御するGCA(ゲインコントロールアンプ)部5と、nビットのA/D変換部6とから構成されている。7は画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置30に転送出力するデジタルデータ出力部、8は外部CPUとのインターフェース、9は外部から入力されるクロックをn逓倍して内部に供給するクロック逓倍部である。新たな構成要素としての10は固体撮像センサ20から出力されCDS部4、GCA部5およびA/D変換部6を介して入力されてくるデータが不連続な場合に、その不連続なデータを連続的な画像データに変換する連続データ生成部である。タイミングジェネレータ2は、固体撮像センサ20を連続・不連続に駆動するパルスを周期的に発生するとともに、駆動パルスに同期して固体撮像センサ20を不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成し、連続データ生成部10に出力するように構成されている。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an analog front-end device according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, A is an analog front-end device, 20 is a solid-state image sensor that is a MOS (Metal Oxide Semiconductor) type image sensor, and 30 is a digital signal processing device (DSP) that performs image processing and the like. 1 is a synchronous signal generator (SSG) that generates a periodic synchronization signal, 2 is a timing generator that periodically generates pulses for driving the solid-
図2はタイミングジェネレータ2から1水平期間中の高速電子シャッター対応の制御パルスを出力する際に、周期的に固体撮像センサ20を停止させて連続・不連続に駆動した場合の固体撮像センサ20の出力データ配置の一例を示す。
FIG. 2 shows the state of the solid-
図3は連続データ生成部10の構成例を示す。図4は水平駆動の停止回数が4回で1回の停止期間が1T期間である場合を想定した場合の連続データ生成部10の動作タイミングチャートの一例である。HBLKは水平ブランキングパルスである。
FIG. 3 shows a configuration example of the continuous
1水平期間内に停止される回数を4回とし、1回の停止期間のクロック数を1として最小の群遅延を4クロックとし、1回の停止期間分の1クロック遅延器11を停止回数分すなわち4個接続して内部遅延を構成し、1水平期間の先頭から順番に停止位置にて1停止期間の遅延前のデータをセレクタ12で選択することにより、連続的な画像データを出力する構成の一例を示す。
The number of stops within one horizontal period is 4, the number of clocks in one stop period is 1, the minimum group delay is 4 clocks, and the one
次に、上記のように構成された本実施の形態のアナログフロントエンド装置Aの動作を説明する。 Next, the operation of the analog front end device A of the present embodiment configured as described above will be described.
まず、撮像光が図示しないレンズを介して固体撮像センサ20に入射されると、固体撮像センサ20のフォトダイオードなどにより電気信号に変換される。そして、タイミングジェネレータ2からの垂直駆動パルスおよび水平駆動パルスにより、アナログ点順次信号である画像信号が生成出力される。固体撮像センサ20から出力された画像信号は、前処理部3におけるCDS部4のサンプルホールド回路によって1/fノイズが適切に低減された後、GCA部5でゲインコントロールされ、A/D変換部6によってデジタルの画像信号データ(RGBデータ)に変換される。この画像信号データは連続データ生成部10を経由して、デジタルデータ出力部7からパラレルデータ形式またはパラレルからシリアルに変換されたシリアルデータ形式で外部のデジタル信号処理装置20に出力される。デジタル信号処理装置20に取り込まれたセンサデータは、輝度信号処理、色分離、カラーマトリクス処理などの各種の処理が施される。
First, when imaging light is incident on the solid-
次に、ハイライトな環境下で電子シャッターを高速に動作させるに際して、露光制御期間が1水平期間未満である場合の動作を説明する。 Next, the operation when the exposure control period is less than one horizontal period when the electronic shutter is operated at high speed under a highlight environment will be described.
タイミングジェネレータ2は、1水平期間未満の電子シャッター制御用のパルスを出力する際、図2に示すパルスの立ち上がりエッジと立ち下がりエッジで水平方向の画素信号読み出しパルスを一時的に停止する。そして、停止期間において、ノイズの発生源となる固体撮像センサ20の蓄積電荷量を制御するためパルスの論理を反転出力する。そして、水平方向の画素信号読み出しを再開させる。
When the
図2では、有効期間内の2つのパルスを想定して、立ち上がりと立ち下がりのエッジ位置は4箇所存在する。このとき、固体撮像センサ20からの画素読み出しは停止しているので、固体撮像センサ20から出力される不連続な画像データP0は4つの無効データを有することになる。すなわち、固体撮像センサ20からの出力不連続な画像データP0は、周期的な不連続情報を含むものとなる。
In FIG. 2, assuming two pulses within the valid period, there are four rising and falling edge positions. At this time, since pixel readout from the solid-
周期的な不連続情報を含む不連続な画像データP0は、CDS部4のサンプルホールド回路によって上記の通常動作と同様に1/fノイズが適切に低減される。さらに、GCA部5でゲインコントロールされ、A/D変換部6によって周期的な不連続情報を含む画像信号データに変換される。さらに、この周期的な不連続情報を含む画像信号データは、連続データ生成部10によって連続的な画像データに変換される。
In the discontinuous image data P0 including the periodic discontinuity information, the 1 / f noise is appropriately reduced by the sample hold circuit of the
(1)連続データ生成部10の構成としての第1の実施例を説明する。
(1) A first embodiment as a configuration of the continuous
図3は水平駆動の停止回数が4回で、1回の停止期間が1T期間である場合を想定した連続データ生成部10の具体的構成を示す。11は1クロック遅延器、12はセレクタである。1クロック遅延器11とセレクタ12の組が4つシリーズに接続されている。1水平期間内に停止される回数を4回とし、かつ1回の停止期間のクロック数を1として最小の群遅延を4クロックとした場合に対応している。すなわち、1回の停止期間のクロック数が1であるので、遅延器として1クロック遅延器11を採用している。また、1水平期間内に停止される回数が4回であるので、1クロック遅延器11とセレクタ12の組の数を4としている。
FIG. 3 shows a specific configuration of the continuous
図4は図3の構成に対応した連続データ生成部10の動作を示すタイミングチャートである。入力されてくる不連続な画像データP0に対して、1クロック遅延の画像データをP1、2クロック遅延信号をP2、3クロック遅延信号をP3、4クロック遅延信号をP4とする。また、4クロック遅延の不連続な画像データP4に対応する1回目の出力停止位置信号をS4、3クロック遅延の不連続な画像データP3に対応する2回目の出力停止位置信号をS3、2クロック遅延の不連続な画像データP2に対応する3回目の出力停止位置信号をS2、1クロック遅延の不連続な画像データP1に対応する4回目の出力停止位置信号をS1としている。各セレクタ12は、出力停止位置信号S1〜S4を選択制御信号として動作する。
FIG. 4 is a timing chart showing the operation of the continuous
不連続な画像データP0とこの不連続な画像データP0を1段目の1クロック遅延器11で遅延させた1クロック遅延の不連続な画像データP1とを1段目のセレクタ12で選択し、2段目に出力する。その選択信号Q2と1クロック遅延の不連続な画像データP1を2段目の1クロック遅延器11で遅延させた2クロック遅延の不連続な画像データP2とを2段目のセレクタ12で選択し、3段目に出力する。その選択信号Q3と2クロック遅延の不連続な画像データP2を3段目の1クロック遅延器11で遅延させた3クロック遅延の不連続な画像データP3とを3段目のセレクタ12で選択し、4段目に出力する。その選択信号Q4と3クロック遅延の不連続な画像データP3を4段目の1クロック遅延器11で遅延させた4クロック遅延の不連続な画像データP4とを4段目のセレクタ12で選択し、連続的な画像データPoutとして出力する。
The
不連続な画像データP0は1段目の1クロック遅延器11によって1クロック遅延の不連続な画像データP1となり、1段目のセレクタ12に入力される。1クロック遅延の不連続な画像データP1は2段目の1クロック遅延器11によって2クロック遅延の不連続な画像データP2となり、2段目のセレクタ12に入力される。2クロック遅延の不連続な画像データP2は3段目の1クロック遅延器11によって3クロック遅延の不連続な画像データP3となり、3段目のセレクタ12に入力される。3クロック遅延の不連続な画像データP3は4段目の1クロック遅延器11によって4クロック遅延の不連続な画像データP4となり、4段目のセレクタ12に入力される。
The discontinuous image data P0 is converted into discontinuous image data P1 with a one-clock delay by the first-stage 1-
4段目のセレクタ12において、出力停止位置信号S4が“L”レベルの期間では4クロック遅延の不連続な画像データP4が4T分選択され、「1」,「2」,「3」,「4」のデータとなる(タイミングt1〜t2)。
In the fourth-
タイミングt2において、出力停止位置信号S4が“H”レベルになると、4段目のセレクタ12は、3段目のセレクタ12からの選択信号Q4を選択することになる。3段目のセレクタ12においては、タイミングt3までは出力停止位置信号S3が“L”レベルとなっているので、3段目のセレクタ12は3クロック遅延の不連続な画像データP3を選択する。したがって、“H”レベル側選択状態の4段目のセレクタ12は、3クロック遅延の不連続な画像データP3において、タイミングt2〜t3のデータ「5」,「6」,「7」,「8」を選択出力することになる。
When the output stop position signal S4 becomes “H” level at the timing t2, the fourth-
タイミングt3において、出力停止位置信号S3が“H”レベルになると、3段目のセレクタ12は、2段目のセレクタ12からの選択信号Q3を選択することになる。2段目のセレクタ12においては、タイミングt4までは出力停止位置信号S2が“L”レベルとなっているので、2段目のセレクタ12は2クロック遅延の不連続な画像データP2を選択する。したがって、“H”レベル側選択状態の3段目および4段目のセレクタ12は、2クロック遅延の不連続な画像データP2において、タイミングt3〜t4のデータ「9」,「10」,「11」,「12」を選択出力することになる。
When the output stop position signal S3 becomes “H” level at the timing t3, the third-
タイミングt4において、出力停止位置信号S2が“H”レベルになると、2段目のセレクタ12は、1段目のセレクタ12からの選択信号Q2を選択することになる。1段目のセレクタ12においては、タイミングt5までは出力停止位置信号S1が“L”レベルとなっているので、1段目のセレクタ12は1クロック遅延の不連続な画像データP1を選択する。したがって、“H”レベル側選択状態の2段目、3段目および4段目のセレクタ12は、1クロック遅延の不連続な画像データP1において、タイミングt4〜t5のデータ「13」,「14」,「15」,「16」を選択出力することになる。
When the output stop position signal S2 becomes “H” level at the timing t4, the second-
タイミングt5において、出力停止位置信号S1が“H”レベルになると、1段目のセレクタ12は、不連続な画像データP0を選択することになる。したがって、“H”レベル側選択状態の1段目、2段目、3段目および4段目のセレクタ12は、不連続な画像データP0において、タイミングt5以降のデータ「17」,「18」,「19」を選択出力することになる。これが連続的な画像データPoutである。
When the output stop position signal S1 becomes “H” level at the timing t5, the first-
以上を総合すると、連続データ生成部10は、4段目のセレクタ12から有効な連続データの「1」〜「19」を出力することになる。
In summary, the continuous
(2)連続データ生成部10の構成としての第2の実施例を説明する。
(2) A second embodiment as a configuration of the continuous
第2の実施例において、連続データ生成部10は内部に1ライン分の画像データを格納するためのRAMで構成されたメモリ13を搭載する。図2に示す不連続な画像データP0が入力されると、メモリ13に対する書き込み制御により、無効データ期間部分はアドレスを保持して書き込みを行わずスキップする。こうすることにより、メモリ13に書き込まれたデータが連続的な画像データとなる。書き込み動作前に開始するメモリ読み出し制御は、先頭アドレスから順番に読み出すことにより、任意の遅延をもった連続的な画像データを出力することができる。
In the second embodiment, the continuous
また、メモリ13へのデータ書き込み時に、無効データを含む不連続な画像データP0をそのまま書き込み、メモリ読み出し制御で先頭アドレスから順番に読み出す際に、無効データ期間部分のアドレスをスキップして読み出すように構成してもよい。この場合も、任意の遅延をもった連続的な画像データを出力することができる。
Also, when writing data to the
連続データ生成部10のメモリ制御アドレスは、タイミングジェネレータ2から供給してもよいし、連続データ生成部10の内部にアドレス発生カウンタを独立にもっていてもよい。
The memory control address of the continuous
連続データ生成部10とタイミングジェネレータ2が各々水平アドレスカウンタを内蔵して、不連続な画像データを制御する際は、タイミングジェネレータ2と連続データ生成部10に対して独立に不連続位置設定レジスタを備えた構成とし、あらかじめCPUインターフェース8を介して動作設定を行う。
When the
このように構成することで、不連続期間をアナログフロントエンド装置A側で管理することができる。そして、高速電子シャッター動作させる際の制御パルス動作による不連続ノイズ成分が発生するタイミングの前後は、各部(固体撮像センサの内部、固体撮像センサとアナログフロントエンド装置との接続部、アナログフロントエンド装置のタイミングジェネレータ、CDS部、GCA部、A/D変換部)の動作を停止する。水平駆動パルス、センサアナログ信号に影響を与えずに画像データをデジタル変換した後、連続データ生成部10によって固定パターンノイズのない高品質なセンサデータが得られることになる。
With this configuration, the discontinuous period can be managed on the analog front end device A side. Then, before and after the timing at which the discontinuous noise component is generated by the control pulse operation when the high-speed electronic shutter is operated, each part (the interior of the solid-state image sensor, the connection between the solid-state image sensor and the analog front-end device, the analog front-end device) The timing generator, CDS unit, GCA unit, and A / D conversion unit) are stopped. After the image data is digitally converted without affecting the horizontal drive pulse and the sensor analog signal, the continuous
本発明のアナログフロントエンド装置は、MOSセンサを用いてハイライトな環境下で電子シャッターを高速に動作させるに際して、有効期間での制御パルス出力動作ゆえに発生する不連続ノイズ成分の影響を排除し、固定パターンノイズのない高品質なセンサデータを出力することができるもので、デジタルカメラにおいて固体撮像センサとデジタル信号処理装置との間の中継装置として有用である。 The analog front-end device of the present invention eliminates the influence of discontinuous noise components generated due to the control pulse output operation in the effective period when the electronic shutter is operated at high speed under a highlight environment using a MOS sensor, It can output high-quality sensor data without fixed pattern noise, and is useful as a relay device between a solid-state image sensor and a digital signal processing device in a digital camera.
A アナログフロントエンド装置
1 同期信号発生部(SSG)
2 タイミングジェネレータ
3 前処理部
4 CDS部
5 GCA部
6 A/D変換部
7 デジタルデータ出力部
8 CPUインターフェース
9 クロック逓倍部
10 連続データ生成部
11 1クロック遅延器
12 セレクタ
13 メモリ(RAM)
20 固体撮像センサ
30 デジタル信号処理装置(DSP)
A Analog front-
2
20 Solid-
Claims (10)
前記固体撮像センサを連続・不連続に駆動する駆動パルスを周期的に発生するとともに、前記駆動パルスに同期して前記固体撮像センサを不連続に駆動する場合の出力停止位置を示す出力停止位置信号を生成出力するタイミングジェネレータと、
前記前処理部からの前記画像データを入力して、前記タイミングジェネレータからの前記出力停止位置信号が無効のときは前記画像データをスルーさせ、前記出力停止位置信号が有効のときは不連続な状態で入力されてくる前記画像データを変換して連続的な画像データを生成する連続データ生成部と、
前記連続データ生成部が生成した画像データを受け取って外部のデジタル信号処理装置に転送出力するデジタルデータ出力部とを備えたアナログフロントエンド装置。 A pre-processing unit including a process of inputting an analog image signal output from a solid-state imaging sensor that photoelectrically converts a light image of a subject and converting it into digital image data;
An output stop position signal that periodically generates drive pulses for driving the solid-state image sensor continuously and discontinuously and indicates an output stop position when the solid-state image sensor is driven discontinuously in synchronization with the drive pulses A timing generator that generates and outputs
When the image data from the pre-processing unit is input, the image data is passed through when the output stop position signal from the timing generator is invalid, and is discontinuous when the output stop position signal is valid A continuous data generation unit that converts the image data input in step S to generate continuous image data;
An analog front-end device comprising: a digital data output unit that receives the image data generated by the continuous data generation unit and transfers and outputs the image data to an external digital signal processing device.
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